ВВЕДЕНИЕ.

    В современном промышленном производстве все  большее значение придается автоматизации. Усложняется оборудование и технологический процесс, повышаются требования к качеству выпускаемой продукции. Управление современными технологическими комплексами зачастую вообще невозможно без средств автоматизации. Автоматизация способствует росту производительности труда, повышению эффективности и других показателей производства, обеспечивает значительный подъем материального и культурного уровня жизни трудящихся.

    Большое развитие получила автоматизация  в промышленности строительных материалов, которую отличает от других отраслей многообразие и сложность технологического процесса, их большая энергоемкость.

    За  истекший период в  промышленности выполнен большой объем работ по созданию и внедрению специализированных приборов, установок автоматического контроля локальных систем автоматического регулирования и по разработке автоматизированных систем управления производством ( АСУП ) с применением управляющих вычислительных машин ( УВМ ).

    Накопленный опыт позволил проектировать  и вводить автоматизированные системы управления одновременно с проектированием и вводом технологических ниток, управление всем производством осуществлять с центрального поста, значительно сократив тем  
 

самым количество обслуживающего персонала. 

    Значительные  успехи достигнуты в  области автоматизации  производства асбестоцементных изделий. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Общая характеристика объекта управления, классификация переменных величин.

    Котельными установками называются устройства, в которых производится водяной пар или нагревается вода; при этом пар или вода используются в качестве теплоносителей вне этих устройств.

    Основным  устройством котельной  установки, предназначенной  для производства пара, является котельный агрегат.

    Для шиферного производства требуются котлы  малой производительности, одним из которых является котел типа ДКВР.

    Котельный агрегат состоит  из двух барабанов: верхнего длинного 1, и нижнего  короткого 2. Нижний барабан соединен с задней половиной верхнего барабана системой за вальцованных в барабаны и расположенных в коридорном порядке гнутых кипятильных труб. Вода из верхнего барабана опускается в нижний барабан по опускным трубам 3, а затем по подъемным трубам 4 возвращается в верхний барабан. Под передней половиной верхнего барабана находится топочная камера 5, боковые стены которой покрыты гладкими экранными трубами. Топка делится на две части – собственно топку и камеру догорания справа на лево. Топочные газы выходят из топки через особое окно, расположенное в правом углу шамотной стенки, проходят камеру догорания справа на лево и с левой стороны котла поступают в пучок кипятильных труб, омывая его поперечным горизонтальным потоком. Затем газы направляются через пучок опускных труб.

    За  котлом устанавливается  водяной экономайзер, который омывается  топочными газами, выходящими из котла.

    В топке котельного агрегата происходит сгорание газа, подаваемого  в топку нагнетательным насосом. В паровом  котле образуется пар, который затем поступает по паропроводу 6 к потребителю.

    Убыль воды в паровом  котле пополняется  при помощи питательных  насосов. До поступления в котел питательная вода проходит через трубчатый теплообменник – экономайзер 7. Водяные экономайзеры представляют собой поверхности нагрева предназначенные для подогрева питательной воды. Они выполнены из стальных труб. Поскольку размещают экономайзеры в предпоследнем или последнем газоходе котельного агрегата, установка их снижает температуру уходящих из котлоагрегата газов и тем самым повышает КПД установки.

    В барабанах котлоагрегата  создается непрерывное  движение пара и воды и происходит интенсивный отвод тепла от поверхности нагрева. Это происходит за счет циркуляции воды. Непрерывным движением воды смываются пузырьки пара с поверхности нагрева. Вследствие этого улучшается теплоотдача и стенки котельного агрегата от химического разрушения.

    Для ускорения процесса горения воздух подается в топку дутьевым вентилятором 8.

    Чтобы процесс горения  проходил эффективно, необходимо постоянно перемещать и удалять дымовые газы из котельного агрегата. Для этой цели служат тяговые устройства, которые создают необходимое разрежение в топке и газоходах. Для этого применяют дымососы 9 и дымовые трубы 10. 
 

2. Анализ динамических  свойств объекта управления 

    Динамические  свойства объектов проявляются, когда возникают  возмущающие воздействия на объект. Чтобы определить динамические свойства объекта, рассматривают зависимость изменения регулируемой величины при типовых возмущениях. Обычно пользуются кривой разгона.

    Кривой  разгона объекта  называется функция  изменения во времени  выходного параметра переходного процесса, вызванного однократным ступенчатым возмущением на входе.

    Для экспериментального определения кривой разгона необходимо:

1. Привести объект в равновесное состояние. Подержать 2-3 минуты убедившись, что это состояние наступило;

2. заготовить  таблицу изменения  выходной величины во времени;
3. Молниеносно (мгновенно) нанести изменение входной величины на конечную величину. Это значение зафиксировать для дальнейших расчетов;
4. В момент нанесения возмущения включить секундомер и вести запись изменения выходной величины в моменты времени, согласно таблицы;

5. Эксперимент провести 2-3 раза при  прямом и обратном движении регулирующего  органа. При этом нельзя наносить слишком большое изменение Хвх, так как регулируемая величина выйдет за допустимые пределы, слишком малое изменение тоже нельзя - эксперимент исказиться другими возмущения в объекте;
6. Возмущение необходимо нанести в пределах рабочего хода регулирующего органа в пределах САР;
7. По результатам эксперимента необходимо построить разгонную характеристику.

    С разгонной характеристики определяю следующие  параметры:

1) - коэффициент передачи объекта;

2) 45 сек - полное запаздывание в объекте;

3) То= 90 сек - постоянная времени объекта;

4) по отношению  выбираю регулятор к объекту.

=0,5 - регулятор непрерывного действия.

5) Rд - динамический коэффициент регулирования, приняв X₁=35%; Y_в=9%

    Эти данные будем использовать для расчета параметров настройки ПИ регулятора.

    Так как по графику  изменения динамического  коэффициента регулирования  от отклонения вышли на ПИ регулятор.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Выбор контролируемых и сигнализируемых параметров

    В данном процессе получение  пара в котле типа ДКВР необходимо контролировать  следующие параметры: разрежение в топке, уровень воды в барабане котла, давление воздуха и давление газа. Их необходимо контролировать для того, чтобы облегчить пуск, наладку и ведение технологического процесса, а также в случае необходимости перейти на дистанционное управление. Для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении основных технологических параметров от нормы или их аварийном состоянии предусматривается световая сигнализация. Существует сигнализация для каждого котельного агрегата и для вспомогательного оборудования котельной. На щит выводятся сигнализация:

    −прекращения подачи топлива;

    −повышения  и понижения давления газообразного топлива;                         −повышения и понижения уровня воды в барабане котла.

    Для электродвигателей, управляемых со щита регулирования и  контроля, проектируется световая и звуковая сигнализация их аварийной остановки или сигнализация несоответствия между состоянием механизма и положением ключа управления.

    Схемы сигнализации котельной  должны обладать двухламповым табло, повторного действия звукового сигнала, ручным устройством  для съема звукового сигнала, а также каждый световой сигнал должен сопровождаться звуковым сигналом. Так же необходимо, чтобы схема сигнализации имела отключающее устройство от общих цепей сигнализации. 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Выбор контролируемых и сигнализируемых параметров

    Выбор приборов и регуляторов  зависит от :

    −первичного преобразователя и вида выдаваемого сигнала;

    −требования, предъявляемого к виду контроля: указание, регистрация,

       преобразование и  т. д.

    − требования к быстродействию и точности измерения;

    − удобства монтажа и обслуживания;

    − наличия дополнительных устройств между первичными преобразователями и

       приборами;

    − количества первичных преобразователей;

    − экономических соображений.

    При измерении разрежения в топке котла  унифицированного токового сигнала 0÷5мА с выхода САПФИР-22ДВ-2210 поступает  на вход регулятора РП4-У, мощность которого 20 В·А и на вход регулятора показывающего, регистрирующего прибора РП160М1-08: основная погрешность +/-1%; питание переменным током 220В,50Гц; потребляемая мощность не более 24 В·А· (поз.1е).

    При регулировании давлении пара унифицированный сигнал 0÷5мА с выхода манометра типа САПФИР-22-ДИ-2151 поступает на вход регулятора РП4-У, мощность которого 20В·А, питание переменным током 220В,50Гц (поз.2б).

    При контроле давления пара токовый унифицированный  сигнал 0 ÷ 5мА с выходом манометра типа САПФИР-22ДИ-2151 поступает на вход показывающего, регистрирующего прибора РП160М1-08, погрешность +/-1%; питание переменным током 220В,50Гц, мощность не более 24 В·А (поз.3в).

    При регулировании подачи соотношения газ-воздух ,унифицированный токовый сигнал 0 ÷ 5мА с выхода расходомера типа САПФИР –22ДД – 2430 поступает на вход регулятора РП4-У: питание переменным током 220В,50Гц; мощность 20В·А (поз.5б).

    При контроле давления газа унифицированный  сигнал 0 ÷ 5мА с выхода манометра типа САПФИР –22ДИ –2110 поступает на вход показывающего, регистрирующего прибора РП160М1-08: погрешность +/-1%, питание переменным током 220В,50Гц, мощность не более 24В·А (поз.4б).

    При контроле давления газа унифицированный  токовый сигнал 0 ÷ 5А с выхода манометра типа САПФИР-22ДИ –2130 поступает на вход показывающего, регистрирующего прибора РП160М1-08: погрешность +/-1%, питание переменным током 220В,50Гц,мощность не более24В·А.

    При регулировании уровня воды в барабане котла  унифицированный  токовый сигнал 0 ÷ 5мА поступает с выхода уровнемера типа САПФИР-22ДГ-2520 на вход регулятора РП4-У: питание переменным током 220В,50Гц ,мощность 20В·А (поз.7б).

    При контроле уровня воды в барабане котла  унифицированный  токовый сигнал 0 ÷5мА с выхода уровнемера типа САПФИР-22ДГ-2520 поступает на вход показывающего, регистрирующего прибора РП160М1-08: погрешность +/-1%, питание переменным током 220В,50Гц, мощность 24В·А (поз.8б).

    5. Выбор параметров управления. 

    При выборе системы управления сложными агрегатами производства строительных материалов необходимо учитывать индивидуальные особенности технологического процесса и  выявить закономерность  поведения параметров, характеризующих работу агрегатов. Так как подача газообразного топлива происходит непрерывно, то необходимо выбрать непрерывную систему управления.

    Котел работает с постоянной производительностью  и все параметры  подачи топлива должны поддерживаться в  определенных номинальных  значениях. Поэтому необходимо выбрать стабилизирующую систему управления процессом, реализуемую регуляторами.

    Для осуществления экономичного сжигания газообразного  топлива в топке  котельного агрегата необходимо поддерживать оптимальное соотношение газа и воздуха. Поэтому следует выбрать такую систему управления процессом ,при которой регулирование подачи воздуха зависит  от расхода газа.

      Выбор контролируемых параметров и управляющих воздействий

    Основным  требованием для  управления процессом  получения пара является поддерживание оптимального аэродинамического режима, режима питания топки котла газообразным топливом, оптимального уровня в барабане котла и режимов работы технологического оборудования. Для осуществления этих требований следует правильно выбрать регулируемые параметры, влияющие на технологический процесс, и каналы внесения регулирующих воздействий.

    Поэтому для данного процесса выбираем следующие  параметры регулирования: 

1. Назначение  котла типа ДКВР – получение пара давлением 0,8Мпа. Для обеспечения этого давления необходимо регулировать подачу топлива в топку:

    Датчик  по → Регулятор → Испытательный → Подача газа

         давлению                       механизм 

    2.Для  экономичного сжигания  топлива в топке  котла необходимо  в курсовом

       проекте предусмотреть следующую систему газ-воздух, т.е. регулировать                       
   подачу воздуха в зависимости  от расхода газа. Воздух на горение подается   

       принудительно и  для полного сгорания  газа  необходимо  его определенное

       количество. Так как  если воздуха будет  подаваться больше, то на нагрев

       этого воздуха  в топке расходуется  лишнее количество топлива, что снижает

       КПД котла. При  нехватке воздуха  в топке будет  происходить

        неполное сгорание  топлива, что также  снижает КПД котла. 

    Датчик  по → Регулятор → Испытательный → Подача

    давлению                     механизм           воздуха 

    3. Для того, чтобы  процесс горения  газа в топке  происходил более  эффективно, а  так же во избежание аварий на производстве необходимо поддерживать   устойчивый аэродинамический режим, т.е. разрежение. Этот процесс осуществляется с помощью дымососов. 

                Датчик по → регулятор → исполнительный → подача

              расходу газа                   механизм           воздуха 
 

    4. Так же необходимо  регулировать питание  барабанов котла,  так как упуск      уровня  или перепитка  котла могут привести  к серьезным авариям.  Поддержание уровня воды в заданных пределах (+/- 10мм) означает     соответствие расхода питательной воды, поступающей в барабан, расходу пара (нагрузке). 

    Датчик  по → регулятор → исполнительный → подача

    уровню                           механизм          воды 

    6. Выбор параметров по защите и блокировке.

    Защита  котлоагрегата при  возникновении аварийных  режимов является одной из основных задач комплексной  автоматизации котельных  установок.

    Аварийные режимы возникают  чаще всего при  пуске котлоагрегата.

    Схемы защиты и блокировки должны решать следующие  задачи:

    − контроль за правильным выполнением предпусковых операций: включение  

       тягодутьевых устройств,  заполнение котла  водой и т.д.;                                               

    − контроль за состоянием основных параметров;

    − дистанционный розжиг запальника со щита управления и т.д..

    Для паровых котлов автоматикой  защиты и блокировки при работе необходимо предусматривать прекращение подачи газообразного топлива .

    У котлов типа ДКВР включение дутьевых вентиляторов возможно только после включения дымососов. Отключение же дымососов вызывает автоматическую остановку  дутьевых вентиляторов.

    Так же предусматривается  схема блокировки двух сетевых насосов: при аварийной  остановке работающего  насоса автоматически включается резервный. При этом рабочим или резервным может быть любой из насосов. Включение и отключение электродвигателей сетевых насосов должно осуществляться соответственно с открытием либо закрытием задвижек на напорных трубопроводах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    7. Подбор приборов и средств автоматизации.

    С 1968 г. на все средства автоматического  контроля, предназначенные  для использования  в автоматизированных и автоматических системах управления технологическими процессами, распространяется действие Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). ГСП представляет собой комплекс максимально унифицированных приборов, устройств, предназначенных для получения, обработки и использования информации.

    Применение унифицированных модулей и блоков уменьшает общее число приборов, которые необходимо иметь в резерве при эксплуатации систем автоматического контроля; уменьшаются затраты на ремонт вследствие возможности замены только отдельных унифицированных модулей и блоков, а не всего прибора или устройства, а также за счет сокращения времени, необходимого на ремонт. 

      Выбор первичных преобразователей.

    Выбор первичных преобразователей зависит от следующих  требований:

    − от предела измерения с учетом запаса 1 ∕3 шкалы;

    − от максимального значения параметра;

    − от рабочей среды, чтобы неблагоприятные условия окружающей среды не

        привели к преждевременному  выходу из строя  первичного преобразователя

        и как можно  меньше влияло  на качество его  работы;                                                        

    − от габаритов объекта выбирается монтажная длина преобразователя.

    При измерении разрежения ( 10‾ МПа ) сигнал от сужающего устройства поступает на манометр типа САПФИР-22ДВ-2210: верхний предел измерения 0,4кПа, питание переменным током 220В,50Гц, погрешность 0,25%, блок питания 4БП-36, унифицированный выходной сигнал 0÷5 мА (поз.1а)

    При измерении давления пара (0,8Мпа) сигнал от сужающего устройства поступает на вход манометра типа САПФИР -22ДИ –2151: верхний предел измерения 1,6 мПа ,питание переменным током 220В,50Гц; погрешность 0,5% , блок питания 4БП-36; унифицированный выходной сигнал 0÷5 мА (поз.2а,3а).

    При измерении давления воздуха (10ֿ  Мпа) используют манометр типа САПФИР-22ДИ-2110: верхний предел измерения 1,6Кпа, питание переменным током 220В,50Гц, погрешность 0,5%, блок питания   4БП-36; унифицированный выходной сигнал 0÷5мА (поз.4а).

    При измерении давления газа (0,025Мпа) используют манометр типа САПФИР-22ДИ-2130: верхний предел измерения 40кПа, питание переменным током 220В,50Гц; погрешность 0,25%, 0,5%; блок питания 4БП-36, унифицированный выходной сигнал 0÷5 мА (поз.6а).

    При измерении расхода  газа (0,0063Мпа) сигнал от сужающего устройства поступает на вход расходомера типа САПФИР-22ДГ-2520: погрешность 0,5% , 0,25%; блок питания БП-36, унифицированный выходной сигнал 0 ÷5 мА (поз.7а,8а). 

    8. Выбор исполнительных механизмов и аппаратуры управления.

    Одним из звеньев автоматической системы регулирования является исполнительное устройство; его назначение –регулирующее воздействие в соответствии с сигналом, подаваемым на его вход от регулирующего прибора. Наиболее распространенным являются электрические  исполнительные устройства постоянной скорости.

    Пусковые  устройства предназначены  для пуска, реверса  и остановки исполнительного механизма.

1. Регулирование разрежения в топке котла: